[发明专利]可低温固化的纳米银墨水及其制备方法

说明书

 

技术领域：

本发明涉及用于喷墨打印的纳米银墨水，更具体的说，涉及有机分子囊包的纳米银的墨水及其制备方法。

 

背景技术

在最近的十年中，印制电子产业作为一个新兴的新材料、新能源和光电子的交叉产业，由于材料和工艺技术的创新而得到了飞速的发展。印制电子产品除了传统的印刷方式之外，如丝网印刷、柔版印刷、凹版印刷、凸版印刷、胶版印刷、喷涂，新型印刷方式如喷墨印刷也在部分领域得到了应用。一般来讲，丝网印刷、柔版印刷、凹版印刷等印刷方式具有分辨率高、墨层厚实、印刷速度快等优点，适合进行高速度、大批量电子产品的生产，它们在诸如印刷电路板、RFID标签天线、太阳能电池等制造领域已获得了广泛应用。但是作为有版印刷，每更换印刷图案都需要重新制版，因此这些传统的印刷方式仅适用于生产图案单一的功能膜。相比之下，喷墨印刷是一种无接触、无压力、无印版的印刷方式，作为一种数字技术可经计算机控制直接将墨水转移到基上，即使图形变换再频繁也可以轻松实现，更重要的是喷墨印刷可以真正实现墨水原料的零浪费。而且该技术还可以通过层层打印实现简易多层板的制备。但是由于喷墨技术对墨水粘度的要求，适用于该技术的导电墨水的固含量较低，因此难以得到较厚的功能膜，在导电性上也就逊色于传统印刷方式得到的功能膜。

导电墨水根据主要成分的不同可以分为金属导电墨水，碳系导电墨水和高分子导电墨水。在导电性能上，金属导电墨水有着明显的优势，因此金属导电墨水依然是导电墨水领域的研究热点。

金属导电墨水可以分为无颗粒型导电墨水和颗粒型导电墨水。无颗粒型墨水主要由金属化合物和溶剂组成。无颗粒型墨水的银含量也比较低，因此有一定的局限性。

颗粒型导电墨水主要是由纳米金属颗粒，分散剂，溶剂和其他辅助添加剂组成。研究表明尺寸在1-100nm的金属颗粒有许多具有巨大经济价值的特殊性能。例如，纳米金属颗粒的熔点普遍比其在正常型态下低很多，这是由于纳米材料比常态材料有着大得多的表面积/体积比，这使得邻边的纳米颗粒非常容易通过金属键而连接起来。这种特性使得纳米金属材料和数字打印技术的结合成为可能。纳米金属墨水可以通过计算机控制直接“打印”到基材上，这种技术可以广泛的应用于印制电路板，无限射频识别（RFID），有机太阳能电池和印刷电池等诸多领域，为制造大面积、轻薄化、柔性化的电子电路提供了一个高效，绿色环保的技术解决方案。

但是，目前纳米金属墨水还没有被广泛的使用，原因在于打印之后的电路板要经过固化烧结处理，以除去溶剂和其他非导电的添加剂。固化烧结的温度在一定程度上限制了可用的电路板基材的种类。很多有机柔性基板无法承受固化烧结的温度，过高的温度使得电路板受到损坏，从而影响了电路板的导电性。此外，还存在金属纳米颗粒和基体相容性的问题，也就是说导电银墨水固化烧结之后要保证有足够的附着力，这样才能保证电性能的稳定性。

 

发明内容

解决的技术问题：为了解决固化烧结温度过高和金属纳米颗粒与基体相容性的问题，本发明提供了一种以有机分子囊包的纳米银颗粒为主体的导电银墨水及其制备方法。

技术方案：可低温固化的纳米银墨水，按重量百分比计算包括如下组份：纳米银颗粒10～60%；墨水载体40～90%；所述纳米银颗粒是己硫醇囊包的纳米银颗粒；所述墨水载体按重量百分比计算包括以下组份：溶剂 40～70%、分散剂10～20%、表面活性剂 1～15%、润湿剂 1～15%和胶粘剂 1～10%；所述溶剂为水、乙醇、乙二醇或异丙醇，分散剂为环氧树脂、聚羧酸、聚乙烯吡咯烷酮或聚甲基丙烯酸；表面活性剂为硬脂酸、三乙醇胺、月桂酸或聚氧乙烯醚；润湿剂为二甘醇、二乙二醇丁醚、丙三醇或己二醇；胶粘剂为酚醛树脂、脂肪胺、聚苯乙烯或丙烯酸树脂。

纳米银颗粒的尺寸为10～50nm。

所述可低温固化的纳米银墨水的制备方法，步骤为：将纳米银颗粒溶于溶剂中，加入分散剂、表面活性剂、润湿剂和胶粘剂后搅拌均匀得到乳液，使用0.45 μm的混合纤维素滤膜过滤乳液即得到可打印的墨水。